橡胶种植对纳板河流域热带雨林生态系统的影响

生态环境2008,17(2):[e-mail]基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（2003CB415102）作者简介：鲍雅静（1970－），女，副教授，博士，主要从事植物生态学与生态系统演替研究。E-mail:[e-mail]收稿日期：2007-10-18橡胶种植对纳板河流域热带雨林生态系统的影响鲍雅静1，李政海1，马云花1，董玉瑛1，宋国宝2，王海梅31.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连116600；2.北京师范大学资源学院，北京100875；3.内蒙古自治区气象台，内蒙古呼和浩特010051摘要：通过实地调查数据对云南纵向岭谷区纳板河自然保护区热带雨林生态系统（包括不同海拔高度的3个样地），不同种植年限的人工橡胶林（分别为种植8a、种植20a和种植30a的3个样地）及1个次生林样地，植被和土壤的比较研究，定量分析了橡胶种植对热带雨林生态系统的影响。研究结果表明，①热带雨林随海拔高度的下降，生物量和土壤养分含量均呈增加趋势；中海拔热带雨林物种丰富度最高，群落层次丰富。②热带雨林开采为橡胶林之后，群落层次结构简单化，物种多样性明显下降，地上生物量下降，土壤养分状况变劣，次生林介于二者之间。研究结果可以为该地区土地的持续利用与生物多样性保护提供依据。关键词：纳板河；橡胶种植；热带雨林；生态系统中图分类号：Q948；X173文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）02-0734-06东南亚直至中国西南地区的湄公河流域为热带雨林分布区，但随着土地利用、人为活动的扩展，热带雨林日趋减少。位于云南省南部的西双版纳(21°09′～22°33′N，99°58′～101°50′E)，拥有我国最大面积的热带雨林。根据水热条件、海拔、植物组成等差异，云南的热带雨林分为湿润雨林、季节雨林和山地雨林3个亚型。西双版纳海拔低于900m的地区，分布有大量的热带季节雨林，海拔700～1500m的地区分布有热带山地雨林[1]。橡胶（Heveabrasiliensis）林是西双版纳热带森林生态系统中大面积种植人工林的一种代表类型。也是西双版纳地区的又一大景观，从20世纪60年代初期开始，由于对天然橡胶的迫切需要，我国在西双版纳地区进行了大规模的橡胶种植工作。本区的气候、土壤、水分条件十分适合橡胶树生长，因此在西双版纳种植面积较大，占有林地面积的25.19%，近年来随着山地承包到户，橡胶的种植面积又进一步增加[2]。纳板河流域的社区，纳板河上寨1984年开始种橡胶，由于橡胶市场价格的增长，刺激了橡胶种植面积的扩张，橡胶种植迅速发展，在纳板河自然保护区内，橡胶种植总数从1991年的169hm2(72717株)增加到2002年的712hm2(319275株)，11a间增长了4.2倍。快速的橡胶产量增长率表明橡胶种植已经成为西双版纳的重要经济来源。到1998年，橡胶产值已经占西双版纳总产值27%。橡胶种植无疑明显地改变了西双版纳的经济状况，但也带来了生物多样性丧失和区域环境退化。原始热带季节雨林在西双版纳地区分布广泛，它具有物种丰富、结构复杂、生物量高等特点，是符合当地生境条件和相对稳定的顶极群落。原始林经过采伐演变成次生林，或者直接营造为人工橡胶林后，立地条件发生改变，植物群落和土壤环境也相应地发生变化。大面积的橡胶种植已对热带雨林植物多样性、气候、水源等生态环境造成影响。自20世纪60年代以来，许多学者从群落结构、群落学特征以及树种多样性方面对西双版纳的热带雨林进行了研究，发表了大量论文[3-6]，但对于橡胶种植对热带雨林生态系统影响的研究相对较少[7-9]。本项研究以西双版纳纳板河流域为例，通过该区域橡胶林、热带雨林和次生林在植被和土壤方面的对比分析，探讨橡胶林种植对西双版纳热带雨林生态系统的影响，从而为该地区土地的持续利用与生物多样性保护提供依据。1研究区概况与研究方法1.1研究区概况西双版纳处于中国云南省南部，是一个傣族自治州，地理位置为北纬21°10'至22°40'，东经99°55'至101°50'，总面积19125km2。全州辖景洪市、勐海县、勐腊县。东、南、西三面与老挝和缅甸接壤，国境线总长966.3km。因为其独特的地理位置、地貌形态和气候条件，使之成为地球上热带林最北端分布区，同时也是我国生物多鲍雅静等：橡胶种植对纳板河流域热带雨林生态系统的影响735样性荟萃地。试验区位于纳板河自然保护区，地处西双版纳州景洪市与勐海县接壤处，地理坐标为100°32′～100°44′E，22°04′～22°16′N，纳板河自北向南穿过保护区中部，流入澜沧江。保护区内动、植物资源十分丰富，具有西双版纳所分布的各种植被类型，即热带雨林、热带季雨林、亚热带常绿阔叶林、落叶阔叶林、暖性针叶林等.纳板河保护区总面积266.66km2，相当于西双版纳国土总面积的13.9%。西双版纳属于东南亚热带北缘，具有高温多雨的气候特点。由于北有高原阻挡寒流，东西有横断山脉为屏障，南有印度洋季风气候控制，加之复杂的地形及垂直高度的变化，这里具有大陆性气候和海洋性气候的优点而无两者之缺点，形成了降雨充沛、热量充足、寒、旱、风等灾害少，光、热、水分配合理和静风环境的气候。纳板河保护区总体气候类型属北热带湿润气侯。年均温18~22℃，最冷月均温12~16℃，最热月均温22~26℃，极端最低温多年平均大于-1℃，年降雨量1100～1600mm，雨量充沛而集中，干湿季分明。年日照时数1800~2300h。由于保护区内垂直高差较大，山地气候垂直带明显。海拔高度800～900m以下属北热带，800(～900)～1400(～1500)m属于南亚热带。1400(～1500)m以上的山地属中亚热带。西双版纳地形变化复杂，植被类型多样，土壤类型丰富。在海拔800m以下为砖红壤，海拔800~1500m为赤红壤，海拔1500m以上为山地红壤，另有粗骨性紫色土、石灰岩土等在砖红壤和赤红壤地带交织分布。1.2研究方法1.2.1野外调查在纳板河流域观测7个样地，包括3个热带雨林样地（1—3号样地），1个次生林样地（4号样地）和3个橡胶林样地（5—7号样地）。在各样地设置30m×50m的样方（样地1样方面积为30m×30m），对样方内出现的乔木树种高度、周长、冠幅和枝下高进行逐一测量。在各样地设置5m×5m小样方调查草本层和灌木层的植被覆盖情况，并进行植物标本的采集，同时分层（A层和B层）采集土壤样品，每个样地采集5个样点，混合均匀，在实验室内测定土壤理化性状。1.2.2样品分析土壤养分的测定采用常规的化学方法。有机质含量测定采用重铬酸钾容量法，全磷测定采用氢氟酸-高氯酸消解-钼锑抗比色法，全钾采用氢氟酸-高氯酸消解，原子吸收分光光度计法测定，有效氮采用扩散吸收法测定，速效磷采用盐酸-氟化铵浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用1N醋酸氨浸提，原子吸收分光光度计测定。1.2.3统计分析方法群落生物量计算方法：生物量常用W=aDb或W=a(D2H)b进行估算[10-13]，幂函数W=aDb和W=a(D2H)b可较真实地反映出树木W随D和随D2H的变化趋势，幂函数普遍用于生物量研究，其中，W为生物量，D为样木胸径，H为树高，a，b为由标准木计算得到的参数。本项研究中橡胶林和热带雨林分别采用不同的生物量模型进行计算。橡胶林：根据样地5—7每木调查数据，按样地海拔高度的不同分别采用不同的回归模型计算3个样地的地上生物量[14](表1)：热带雨林：对样地1—4内的全部乔木植株进行每木检测，根据热带季节雨林树木各个器官与胸径间的生物量回归模型，分小径级组（5cmD20cm）和大径级组（20cmD150cm），分别计算干、枝、叶的生物量，汇总得出样地乔木层的总生物量[3]（表2）。2结果与分析2.1不同样地的植被特征所调查样地包括3个热带雨林样地，1个次生林样地和3个橡胶林样地，其中3个热带雨林样地分别位于同一个山地西坡的不同坡位上（坡上，坡中和坡下），该山地位于过门山保护站北500m，坡向270°，总体坡度19°~20°。表1橡胶林生物量回归模型Table1Regressionmodelforbiomassoftreeinrubberforest海拔高度回归模型样地号550~600mW=0.0528（D2H）1.1289样地7750~800mW=0.359(D2H)0.9966样地5,样地6表2热带雨林生物量回归模型Table2Regressionmodelforbiomassoftreeintropicalrainforest径级（D）器官回归模型5cmD20cm干枝叶Ws=0.06006D2.59187Wb=0.015D2.57887Wl=0.05943D1.4577520cmD150cm干枝叶Ws=0.17259D2.32016Wb=0.86250D1.40861Wl=0.025134D1.10819736生态环境第17卷第2期（2008年3月）样地1：样地1在3个样地中海拔最高，有2个明显的乔木层，乔木Ⅰ层：一般高15~20m，最高38m，盖度60%。乔木Ⅱ层：一般高5~10m，最高10m，盖度30%，下层幼树较多。第Ⅲ层：灌木高2~3m，盖度20%~30%；林下草本层不发达，盖度5%~10%，以蕨类植物为主，高度15cm，林下枯叶为主，有一定量的枯枝，盖度为95%~100%。主要树种有：红皮水锦Wendlandia.tinctoria，长叶榆Ulmuslanceaefolia，木瓜榕Ficus.auriculata.lour，云南石梓树Gmelinaaborea，普文楠Phoebepuwenensis，小果栲Castanopsis.fleury，思茅蒲桃Syzygium.szemaoense，白花羊蹄甲Bauhinia.acuminate，长柄油丹Alseodaphnepectiolaris，山桂花Paramicheliabaillonii。样地2：位于样地1下部，坡度较陡，40°左右，群落中粗大树木明显增多，有3个明显的乔木层，乔木Ⅰ层：一般高30~40m，最高50m，盖度20%。乔木Ⅱ层：一般高15~25m，最高30m，盖度80%。乔木Ⅲ层：一般高10m，盖度40%。第Ⅳ层：灌木高2~5m，盖度40%；草本高0.5~1m，盖度20%。主要树种包括千果榄仁Terminaliamyrio-carpa，绒毛蕃龙眼Pometia.tomentosa，长柄油丹，思茅豆蒲柴Premnaszemaoensis，长叶榆，普文楠，灯台树CornusControversaHems，黄棉木Metadinatrichotoma，大叶木兰Magnolia.henryi，火绳树Eriolaena.spectabilis，思茅蒲桃，思茅黄檀Dalbergiabalansae，歪叶榕Ficuscyrtophylla，白花羊蹄甲，黑黄檀DalbergiafuscaPierrevar，红羊木，木奶果Baccaurea.ramiflora。样地3:在3个样地中海拔最低，位于沟谷边的斜坡上，坡度60°，有3个明显的乔木层，乔木Ⅰ层：一般高40~50m，最高65m，盖度20%。乔木Ⅱ层：一般高20-30m，最高30m，盖度40%。乔木III层：一般高10~20m，盖度40%~50%。第Ⅳ层：灌木高2~4m，盖度50%；林下缺少灌木，以幼树为主，枯枝落叶较少，盖度在40%~50%，草本层不发达，草本高1~2m，盖度20%。主要是冬叶，老虎须，蕨类植物。主要树种包括黄棉木，千果榄仁，多花白头树Garuga.flonbunda，八宝树Duabanga.grandiflora，绒毛蕃龙眼，小叶藤黄Garciniacowa，木奶果，水东哥Saurauiatristyla，红羊木，思茅木姜子LitseapierrciLecte，滇南风吹楠Horsfieldia.tetratepala，长